Qual è la differenza tra flusso instabile o non costante di un fluido e flusso turbolento di un fluido?


Risposta 1:

Ottima domanda La descrizione che segue è una spiegazione certamente semplificata di un argomento estremamente complesso e intricato; e uno che è abbastanza gratificante per studiare più in profondità.

Quando si parla di tipi di flussi, i fluidodinamici si riferiscono comunemente ai regimi di flusso. Si può pensare a un regime di flusso come a un tipo di flusso universale, che condivide attributi generali e descrizioni matematiche in tutte le forme di realizzazione specifiche. I due regimi di flusso più comuni sono il flusso laminare e il flusso turbolento. In generale, i flussi laminari appaiono regolari e fluidi mentre i flussi turbolenti appaiono instabili, vorticosi e non periodici.

Alcune delle primissime ricerche scientifiche sulle differenze tra e le cause di questi due tipi di flussi furono condotte da Osborne Reynolds alla fine del 1800, culminando nel suo trattato sull'argomento "Sulla teoria dinamica dei fluidi viscosi incomprimibili e la determinazione del criterio ".

Dai suoi studi e dai precedenti studi di George Stokes, è arrivata la definizione di un numero adimensionale che è stato correlato con successo al fatto che un flusso sia laminare o turbolento, il numero di Reynolds che esprime il rapporto tra resistenza inerziale e resistenza viscosa per un fluido che scorre .

Attraverso questi studi e altri a seguire, è diventato evidente che i flussi definiti in parte dai bassi # di Reynolds esibivano un flusso laminare mentre i flussi definiti dal # alto di Reynolds mostravano un comportamento turbolento. Un esempio di questa dipendenza può essere visto nella figura seguente per il flusso oltre un cilindro bidimensionale.

tramite Phyiscs.info

Prima di entrare in ciò che accade in quella zona grigia tra flussi laminari e turbolenti, comunemente indicati come transizione laminare-turbolenta, dovremmo definire formalmente "flusso instabile". Il flusso instabile è qualsiasi flusso che presenta una dipendenza temporale. Parlando matematicamente, i flussi instabili sono quelli in cui la derivata parziale del campo di velocità rispetto al tempo nelle equazioni di Navier-Stokes mostrate di seguito non è uguale a zero:

Per i flussi laminari, questa derivata è uguale a zero e il flusso è costante.

Per ogni particolare esempio di flusso, la transizione dal flusso laminare a quello turbolento può avvenire attraverso una vasta gamma di numeri di Reynolds, ma per praticità rimarremo con l'esempio del cilindro bidimensionale. A Reynolds tra # 100 e 1000 iniziamo a vedere cambiamenti nel comportamento del flusso. Innanzitutto, il flusso si separa dal cilindro creando vortici a ricircolo sul lato a valle del cilindro. Mentre la # di Reynolds continua ad aumentare, questi vortici si staccano e formano una condizione di flusso periodico conosciuta come la via del vortice di von Karman, visualizzata sotto.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Come può vedere il lettore, questo flusso è ovviamente instabile, in quanto periodico nel tempo, eppure non è neppure turbolento. Tale flusso periodico è un passo spesso visto nella transizione dal flusso laminare a quello turbolento, un processo straordinariamente complicato che al momento non è del tutto chiaro. Ciò che è ovvio, è che i flussi di transizione condividono stadi caratteristici, come descritto qui, e sono probabilmente il risultato dell'instabilità delle equazioni di Navier-Stokes e del loro comportamento come sistema caotico, non lineare e dinamico. Perfino i sistemi dinamici semplici sono ben noti per essere sottoposti a transizioni dal comportamento costante al instabile che ricordano notevolmente il comportamento di transizione del flusso di fluido reale, con il lavoro di David Ruelle e Floris Takens che è lo sforzo più famoso in una descrizione matematica del percorso caotico verso turbolenza.


Risposta 2:

Considera un esempio: flusso in un tubo circolare. Monitoriamo il componente x della velocità (u) nel punto P (diciamo)

Il flusso instabile (come suggerisce il nome stesso) è il flusso le cui proprietà variano nel tempo. E il flusso costante è il flusso le cui proprietà non cambiano nel tempo.

il flusso laminare può essere costante (Fig. A) o instabile (Fig. B)

A rigor di termini, il flusso turbolento è sempre intrinsecamente instabile (Fig. C) poiché comporta variazioni rapide irregolari casuali delle proprietà del flusso di fluido nel tempo, a causa di forze di disturbo inerziali.

Tuttavia, i flussi turbolenti possono essere trattati come flussi turbolenti statisticamente costanti (solo in senso statistico, che le caratteristiche del flusso medio non variano nel tempo) e il flusso turbolento statisticamente instabile (le caratteristiche del flusso medio variano nel tempo), vedere la figura sotto. Sebbene il flusso turbolento sia intrinsecamente casuale e instabile, il flusso medio può essere costante o instabile.

In conclusione, il flusso turbolento è un flusso intrinsecamente instabile, tuttavia in senso statistico può essere trattato in modo costante o instabile.

Spero che sia di aiuto!!!


Risposta 3:

Considera un esempio: flusso in un tubo circolare. Monitoriamo il componente x della velocità (u) nel punto P (diciamo)

Il flusso instabile (come suggerisce il nome stesso) è il flusso le cui proprietà variano nel tempo. E il flusso costante è il flusso le cui proprietà non cambiano nel tempo.

il flusso laminare può essere costante (Fig. A) o instabile (Fig. B)

A rigor di termini, il flusso turbolento è sempre intrinsecamente instabile (Fig. C) poiché comporta variazioni rapide irregolari casuali delle proprietà del flusso di fluido nel tempo, a causa di forze di disturbo inerziali.

Tuttavia, i flussi turbolenti possono essere trattati come flussi turbolenti statisticamente costanti (solo in senso statistico, che le caratteristiche del flusso medio non variano nel tempo) e il flusso turbolento statisticamente instabile (le caratteristiche del flusso medio variano nel tempo), vedere la figura sotto. Sebbene il flusso turbolento sia intrinsecamente casuale e instabile, il flusso medio può essere costante o instabile.

In conclusione, il flusso turbolento è un flusso intrinsecamente instabile, tuttavia in senso statistico può essere trattato in modo costante o instabile.

Spero che sia di aiuto!!!


Risposta 4:

Considera un esempio: flusso in un tubo circolare. Monitoriamo il componente x della velocità (u) nel punto P (diciamo)

Il flusso instabile (come suggerisce il nome stesso) è il flusso le cui proprietà variano nel tempo. E il flusso costante è il flusso le cui proprietà non cambiano nel tempo.

il flusso laminare può essere costante (Fig. A) o instabile (Fig. B)

A rigor di termini, il flusso turbolento è sempre intrinsecamente instabile (Fig. C) poiché comporta variazioni rapide irregolari casuali delle proprietà del flusso di fluido nel tempo, a causa di forze di disturbo inerziali.

Tuttavia, i flussi turbolenti possono essere trattati come flussi turbolenti statisticamente costanti (solo in senso statistico, che le caratteristiche del flusso medio non variano nel tempo) e il flusso turbolento statisticamente instabile (le caratteristiche del flusso medio variano nel tempo), vedere la figura sotto. Sebbene il flusso turbolento sia intrinsecamente casuale e instabile, il flusso medio può essere costante o instabile.

In conclusione, il flusso turbolento è un flusso intrinsecamente instabile, tuttavia in senso statistico può essere trattato in modo costante o instabile.

Spero che sia di aiuto!!!